Acrel-2000電力監控系統在青島橡膠谷的應用

0 引言

   目前，供配電產業的發展及可靠性對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用,全國各地重點工程項目、標誌性建築/大型公共設施等大面積用戶的急劇增加，對供配電系統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響範圍提出了更高的要求。

   安科瑞的Acrel-2000型電力監控系統軟體藉助了計算機、通訊設備、計量保護裝置等，為系統的實時數據採集、開關狀態檢測及遠程控制提供了基礎平台。該電力監控系統可以提供「監控一體化」的整體解決方案，主要包括實時歷史資料庫AcrSpace、工業自動化組態軟體AcrControl、電力自動化軟體AcrNetPower等。

   本文以青島橡膠谷為例，探討工業園區配電室電力監控系統的應用。

1 項目介紹

   中國橡膠谷總面積3000多畝，其中核心區500多畝，規劃建築面積近100萬平方米，以鄭州路為軸線，向科技大學四周輻射。中國橡膠谷由橡膠化工原材料、輪胎、製品、化工橡膠機械、機電電子等相關製造類企業的貿易公司及相關技術服務型企業、各類服務機構相融共生而成，將形成貿易、技術、人才、文化高度集聚的橡膠行業生態圈。

上海安科瑞電氣股份有限公司於2011年11月承接青島橡膠谷一期配電室電力監控系統的設計與實施。

2 用戶需求

   青島橡膠谷一期工程由一路10kV市電供電，通過2台800kVA變壓器（T1、T2）和1台1600kVA變壓器（T3）降壓至0.4kV后通過低壓配電櫃送出至園區各處負載，橡膠谷一期配電室共有10kV配電櫃5面，0.4kV配電櫃28面，高、低壓迴路共計115個，其中10kV避雷器柜上無監控裝置，所以本系統監控114個迴路的工作狀態。T1、T2變壓器迴路間設有母聯，並備有一台800kVA柴油發電機在應急狀態下為一些重要迴路供電， T3變壓器迴路則單獨使用。

   10kV迴路的進線和饋線配有南京南瑞繼保的保護裝置，採集10kV迴路的常規電參量和開關量狀態；0.4kV進線和母聯迴路裝有安科瑞ACR330ELH電網質量分析儀，採集迴路的常規電參量、四象限電度和電網質量參數；0.4kV饋線迴路裝有PZ80L系列多功能電力儀錶，採集迴路的常規電參量和四象限電度[1]。此外，所有0.4kV饋線迴路使用珠海派諾的八路漏電監測儀錶進行剩餘電流監測。本系統將上述所有133台電力儀錶納入監控範圍。

   因青島的配電系統自動化起步較晚，電力監控系統所有功能均由上海安科瑞電氣股份有限公司設計並提交，業主僅根據配電室值班經驗在系統軟體功能界面的細節上提出要求。

3 設計方案

   現場設備全集中在同一個配電室中，業主的電氣值班室就近安排在配電室旁，本系統監控中心也安置在該值班室中。系統組網採用常見的3層結構，站控管理層、通訊管理層和現場設備層。

3.1 參考標準

   系統的設計滿足以下所列製造和試驗標準：

   ISO/IEC11801    《國際綜合布線標準》

   JGJ/T 16-92     《民用建築電氣設計規範》

   GB/J63-90    《電力裝置的電測量儀錶裝置設計規範》

   GB/T13730    《地區電網數據採集與監控系統通用技術條件》

   GBJ63-93    《電力裝置電測量儀錶裝置設計規程》

   GB2887    《計算站場地技術要求》

   GB/50198-94    《監控系統工程技術規範》

   GB50254/59-96   《電氣裝置安裝工程施工及驗收規範》

   IEC-61131-3   《圖形可編程標準》

3.2 組網結構圖拓撲圖

圖一

   為滿足配電室統一監控的要求，配電室現場安裝安科瑞公司網路電力儀錶通過屏蔽雙絞線手拉手相連至串口伺服器，串口伺服器經網路交換機進而傳輸至後台主機實現對現場數據的採集，存儲，處理，實時顯示以及歷史查詢

3.3 儀錶，通訊線纜，交換機及串口伺服器選型

   現場設備層設備為133台電力儀錶。這些設備分別根據設計要求安裝在相應的配電迴路上。通過RS-485介面實現與上位機系統的數據交互。多功能表和漏電儀錶的通訊規約為Modbus-RTU，保護裝置的通訊規約為IEC60870-5-103;通訊管理層由2台Nport-5630串口伺服器和1台交換機構成，實際工程中使用了8個485串口，剩下8個串口備用。串口伺服器將RS-485匯流排協議轉換為工業乙太網協議，通過TCP/IP與站控管理層主機相連，構建數據鏈路。通訊管理層設備均安裝在電氣值班室的值班人員操作台中，與站控管理層設備安裝在一起; 站控管理層設備為華北工控主機、顯示器、HP印表機以及山特UPS電源，均安裝在電氣值班室的操作台中。通過安裝在主機上的Acrel-2000電力監控系統軟體實現對現場儀錶數據的採集、處理以及各種人機交互功能,具體設備如下表：

4 系統功能

   上位機軟體採用Acrel ? 2000電力監控軟體，通過軟體進行設備配置、資料庫變數配置、界面設計等，完成了在上位機軟體監控及電力監控的功能。

4.1 配電監測：如圖1所示，配電監測模塊下可查詢1#變壓器、2#變壓器、3#變壓器、10kV迴路的工作狀態和所有儀錶的通訊狀態。通過儀錶通訊狀態圖可以查看當前所有儀錶的工作情況。低壓多功能儀錶未配置開關量採集功能，因儀錶的輔助電源線取自該迴路斷路器的下端，所以儀錶的通訊狀態同時也表徵了該迴路的分合閘狀態。

 圖1

4.2 配電系統一次示意圖：10kV和0.4kV配電室配電迴路運行狀態使用一次圖形式顯示，10kV迴路採集並顯示三相電壓、電流、功率以及分合閘狀態，手車狀態，故障報警狀態（青島地區10kV配電系統不使用接地刀）；採集並顯示0.4kV迴路的母線電壓，進線、母聯或發電機雙切迴路的三相電流、有功無功功率、功率因數和頻率；各饋線迴路的三相電流和剩餘電流。界面標註迴路編號、用途、斷路器編號、互感器變比，迴路用途可由擁有管理員許可權的用戶修改。10kV迴路界面如圖2所示；0.4kV迴路界面如圖3所示：

圖2

圖3

4.3 報表功能：通過報表功能可以查詢任意時刻主要迴路的全常規電參量數據、低壓迴路的用電量、低壓饋線迴路的漏電流值和配電線纜溫度值。用戶主要關注的是用電量報表和剩餘電流報表，用電量報表用於對租戶進行電費收費計量以及與供電局數據核對後進行成本核算，如圖3所示；剩餘電流監測在青島起步較晚，影響用電安全，因此用戶也較感興趣，如圖4所示。

  圖4

4.4 事故報警和追憶：電力監控系統定義了所有配電迴路過負荷、低壓迴路剩餘電流過大及10kV迴路開關量變位實時報警和歷史報警查詢等功能，如圖5所示，列表中列出報警發生和恢復的時間、迴路名稱、迴路編號、數據點、報警內容和報警值等數據，可見某些迴路剩餘電流值超標較嚴重。

圖5

5 問題匯總

   本系統先完成低壓部分的系統集成，后根據業主要求追加高壓部分。在與業主約定的時間段內對高壓部分停電施工時，有部分租戶未收到停電通知，因此投訴了管理公司，使本來2小時的停電時間被壓縮到僅有半小時，所幸時間勉強足夠施工人員鋪設保護裝置的通訊匯流排。南瑞繼保的RCS9611C、RCS9621C保護裝置在自檢壓板閉合的狀態下，不具備103規約主動上傳遙測遙信數據的功能，電氣安裝公司在安裝調試時未測試通訊功能，導致系統調試時無法採集數據。經多次與南瑞繼保的技術人員溝通后發現問題所在，斷開保護裝置的自檢壓板后通訊正常。

6 運行效果

   因部分儀錶LED面板上顯示的二次側累計電度，導致值班人員每月均需要對抄表數據進行CT變比換算，經由本系統軟體的報表功能，可以直接查詢月一次用電量，無需轉換。此外，曾發生過值班人員抄表時遺漏電度高位，導致該月物業管理公司少收約3000元電費，本系統投運后杜絕了此類人為失誤造成經濟損失的可能。按照規範，低壓迴路自然剩餘電流值一般不超過500mA，據剩餘電流報表顯示，橡膠谷一期多個迴路剩餘電流超過3A，由物業管理公司持報表聯繫電氣安裝公司查線，整改了多處，但仍有2~3個迴路剩餘電流過大未解決。

7 結束語

   電力監控系統在調試階段揭露了電氣安裝公司一次、二次接線存在的問題，明確了整改方向，保障了橡膠谷配電系統今後的穩定運行。本系統自2012年2月投產後，電能計量與供電局數據匹配度高，得到了用戶的好評，並已著手就橡膠谷二期工程的合作進行洽談。

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